废水处理，也称为污水处理，清除废水中的杂质，或污水，在它到达含水层或自然水体，如河流，湖泊，河口和海洋。由于纯净水在自然界中（即化学实验室外）是找不到的，因此清洁水和受污染水之间的任何区别都取决于水中杂质的种类和浓度以及其预期用途。从广义上讲，当水含有足够的杂质，使其不适合特定用途时，如饮用水、游泳或钓鱼，就会被污染。虽然水质受到自然条件的影响，但污染这个词通常意味着人类活动是污染源。因此，水污染主要是由污水排入地表水或地下水造成的，而污水处理是水污染控制的主要内容。

历史背景

　　污水直接排放

　　许多古城都有排水系统，但主要目的是将雨水从屋顶和人行道上带走。一个值得注意的例子是古罗马的排水系统。它包括许多地表管道，连接到一个大型拱形通道称为克洛卡马克西玛（"大下水道"），其中携带排水到蒂伯河。克洛卡马克西玛由石头建造，规模宏大，是罗马工程中现存最古老的古迹之一。

　　中世纪城市排水或下水道几乎没有进展。私人金库和污水池被使用，但大多数废物只是被倾倒到排水沟里，然后被洪水冲过排水沟。厕所（水柜）在19世纪初被安装在房屋中，但它们通常连接到污水池，而不是下水道。在人口稠密的地区，当地条件很快变得无法忍受，因为污水池很少被清空，而且经常溢出。对公共卫生的威胁变得很明显。在19世纪中叶的英国，祸乱的爆发直接追溯到被私人金库和污水池中人类废物污染的井水供应。不久，大型城镇的所有水柜都有必要直接与风暴下水道相连。这把污水从房屋附近的地面转移到附近的水体。因此，出现了一个新的问题：地表水污染。

　　污水处理的发展

　　以前有人说"污染的解决方法是稀释"。当少量污水排入流动的水体时，就会发生自然的溪流自我净化过程。然而，人口稠密的社区产生如此大量的污水，单靠稀释并不能防止污染。因此，在处置前必须对废水进行一定程度的处理或净化。

　　集中式污水处理厂的建设始于19世纪末20世纪初，主要在英国和美国。它最初不是直接将污水排放到附近的水体中，而是通过物理、生物和化学过程的组合，去除部分或大部分污染物。同样从20世纪开始，新的污水收集系统被设计成将雨水与生活废水分开，这样处理厂就不会在潮湿的天气期间超载。

　　20世纪中叶以后，公众对环境质量的日益关注导致对废水处理做法的监管更加广泛和严格。需要更高的治疗水平。例如，为了防止有毒化学品干扰污水处理厂使用的生物过程，工业废水的预处理往往成为必要条件。事实上，废水处理技术发展到几乎可以清除污水中所有污染物的地步。然而，这太昂贵了，以至如此高的治疗水平通常没有道理。

　　污水处理厂成为大型、复杂的设施，需要大量的能源才能运行。20世纪70年代油价上涨后，对节能的关注成为设计新的污染控制系统的重要因素。因此，土地处置和污水地下处理在可行的情况下开始受到越来越多的关注。这种"低技术"的污染控制方法不仅有助于节约能源，而且可能有助于回收养分和补充地下水供应。

　　水污染源

　　水污染物可能来自点源或分散源。点源污染物是从单个管道或渠道（如污水排放或出水管道）到达水源的污染物。分散的源头是污染物进入水体的广阔、不受约束的区域。例如，农场的地表径流是一个分散的污染源，将动物粪便、肥料、杀虫剂和淤泥输送到附近的溪流中。城市雨水排水可能携带沙子和其他坚韧材料、汽车的石油残留物和道路除冰化学品，也被认为是一个分散的来源，因为它进入当地溪流或湖泊的很多地方。点源污染物比分散源污染物更容易控制，因为它们流向一个处理过程可以将其从水中移走的单一位置。这种控制通常不可能控制来自分散来源的污染物，这造成了整个水污染问题的很大一部分。通过执行适当的土地利用计划和发展标准，最好减少分散的水源水污染。

　　一般类型的水污染物包括致病生物、缺氧废物、植物养分、合成有机化学品、无机化学品、微塑料、沉积物、放射性物质、石油和热量。

　　污水是前三种类型的主要来源。农场和工业设施也是其中一些设施的来源。被侵蚀的外土沉积物被认为是一种污染物，因为它会破坏水生生态系统，而热量（特别是发电厂冷却水）被认为是污染物，因为它对溶解的氧气水平和河流和湖泊中的水生生物产生了不利影响。

　　污水特性

　　污水类型

　　污水有三种类型：生活污水、工业污水和雨水污水。生活污水从房屋和公寓中输送废水：它也被称为卫生污水。工业污水是使用制造或化学工艺产生的水。雨水污水，或风暴水，是从管道系统或开放渠道收集的降水径流。

　　按重量分，生活污水略高于99.9%。 其余的，不到0.1%，含有各种各样的溶解和悬浮杂质。虽然按重量计算，这些杂质只占污水的很小一部分，但这些杂质的性质及其携带的大量污水使处理生活废水成为一个重大的技术问题。主要杂质是可受污染的有机材料和植物营养物质，但生活污水也极有可能含有致病微生物。工业废水通常含有特定且易于识别的化合物，具体取决于工业过程的性质。雨水污水携带有机材料、悬浮物和溶解固体，以及在地面上传播时捡到的其他物质。

　　主要污染物

　　有机材料

　　污水中可回收的有机物质量由生化需氧量（BOD）表示：污水中的有机物质越多，BOD越高，微生物分解污水中有机物质所需的氧气量就越高。它是污水处理厂设计和运行最重要的参数之一。工业污水的BOD水平可能是生活污水的很多倍。雨水污水与综合排污系统中的生活污水混合时，尤其令人关注（见下文）。

　　溶解氧是湖泊和河流水质的重要因素。溶解氧浓度越高，水质越好。当污水进入湖泊或溪流时，有机物质开始分解。氧气被消耗，因为微生物在代谢中使用氧气。这可以迅速耗尽水中可用的氧气。当溶解的氧气水平下降过低时，鲑鱼和其他水生物种很快就灭绝了。事实上，如果氧气水平下降到零，水就会变成化粪池。没有氧气的有机化合物分解会导致不良气味。

　　悬浮固体

　　污水的另一个重要特征是悬浮固体。处理厂产生的污泥量与污水中总悬浮固体量直接相关。工业污水和风暴污水的悬浮固体浓度可能高于生活污水。处理厂去除悬浮固体和 BOD 的程度决定了处理过程的效率。

　　植物营养素

　　生活污水中含有氮和磷的化合物，这两种元素是植物生长所必需的基本营养物质。在湖泊中，过量的硝酸盐和磷酸盐会导致藻类的快速生长。藻类的开花，通常是由污水排放引起的，加速了湖泊的自然老化，这个过程被称为富营养化。

　　微生物

　　生活污水每加仑含有数百万微生物。大多数是来自人类肠道的大肠菌，而生活污水也可能携带其他微生物。大肠杆菌被用作污水污染的指标。高大肠杆菌计数通常表示最近的污水污染。

　　下水道系统

　　污水系统（或称废水收集系统）是一个管道、泵站和附水网络，将污水从原点输送到处理和处理点。

　　组合系统

　　携带生活污水和雨水污水混合的系统称为组合下水道。组合下水道通常由大直径管道或隧道组成，因为在潮湿天气期间必须携带大量的雨水。它们在旧城市非常常见，但不再作为新的排污设施的一部分进行设计和建造。由于污水处理厂不能处理大量的雨水，污水必须在潮湿天气期间绕过处理厂，直接排入接收水中。这些组合的下水道溢出，含有未经处理的家庭污水，造成反复出现的水污染问题，是非常麻烦的污染源。

　　在一些大城市，通过将第一次污水冲入大型流域或地下隧道，减少了污水溢流问题。临时储存后，可进行沉降和消毒，然后再排入接收水体，或在附近的污水处理厂以不会超载的速率处理。控制合并污水的另一种方法是使用漩涡浓缩器。这些污水通过圆柱形的装置直接排污，产生漩涡或漩涡效应。涡流有助于将杂质浓缩在小得多的水中进行处理。

　　独立系统

　　新的废水收集设施设计为单独的系统，可输送生活污水或暴雨污水，但不能同时输送两者。雨水下水道通常将地表径流输送至溪流或河流中的处理点。小型滞留池可作为系统的一部分建造，临时储存雨水，并降低峰值流量的大小。另一方面，卫生下水道将生活污水输送至污水处理厂。经预处理的工业废水可进入市政污水系统，但不包括雨水。

　　雨水管通常由钢筋混凝土管段建造。在某些情况下，可使用波纹金属管。雨水入口或集水池位于街道通行权或私人物业地役权的适当间隔处。管道的位置通常允许下坡重力流流向附近的河流或滞留池。如果可能的话，避免使用雨水泵站，因为处理间歇流需要非常大的泵容量。

　　卫生排水系统包括支管、潜艇和拦截器。除个别房屋连接外，支管是管网中最小的下水道。它们的直径通常不小于200毫米（8英寸），通过重力将污水输送到更大的潜艇或集水沟中。污水收集管与主截流管或干线相连，将污水输送至处理厂。拦截器通常由直径不超过5米（15英尺）的预制钢筋混凝土管段建造。用于卫生下水道的其他材料包括陶土、石棉水泥、塑料、钢或球墨铸铁。由于塑料重量轻、易于安装，因此越来越多地使用塑料制作支管。铁管和钢管用于压力总管或泵站。强制干管是在必须泵送污水时，在压力下输送污水的管道。

　　替代系统

　　有时，由于人口密度低或现场条件（如高水位或基岩），传统重力下水道的成本可能过高。在这些情况下可使用的三种替代废水收集系统包括小直径重力下水道、压力下水道和真空下水道。

　　在小直径重力系统中，化粪池首先用于从每户人家的废水中去除可沉淀和漂浮的固体，然后再流入集水管网络（通常直径为100 mm或4 In.）；这些系统最适合小型农村社区。由于管道不携带油脂、砂砾和污水固体，因此管道的直径可以更小，并以较小的坡度或坡度铺设，以最大限度地降低沟槽开挖成本。压力下水道最好用于平坦地区或需要昂贵岩石开挖的地方。研磨机泵将每个家庭的废水排放到主压力下水道，该下水道可以沿着地面的坡度。在真空排水系统中，来自一个或多个建筑物的污水在重力作用下流入集水坑或水箱，由位于中央真空站的真空泵从中抽出，然后流入收集水箱。污水从真空收集罐泵送到处理厂。

　　泵

　　当污水必须从低点提升到更高的高层或地形阻止下坡重力流时，应修建泵站。可使用特殊的非测井泵来处理未经处理的污水。它们安装在称为提升站的结构中。电梯站有两种基本类型：干井和湿井。湿井装置只有一个腔室或水箱来接收和容纳污水，直到将其泵出。特殊设计的潜水泵和电机可位于腔室底部，完全低于水位。干井装置有两个独立的腔室，一个用于接收废水，另一个用于封闭和保护泵和控制装置。保护性干燥室便于检查和维护。所有污水提升站，无论是湿井还是干井类型，都应至少包括两台泵。一个泵可以运行，而另一个泵可以拆下进行维修。

　　流量

　　一天中，污水流量变化很大。排水系统必须适应这种变化。在大多数城市，生活污水流量在早上和晚上最高。他们在午夜是最低的。流量取决于人口密度、耗水量以及社区商业或工业活动的范围。平均污水流量通常与社区的平均用水量大致相同。在横向下水道中，短期峰值流速大约是平均流速的四倍。在干渠中，峰值流速可能是平均流速的2.5倍。

　　尽管污水流量取决于住宅、商业和工业连接，但由于流入和渗透到生活污水系统，污水流量可能会变得更高。流入对应于雨水从不适当的连接进入下水道，如屋顶排水沟、雨水沟、落水管和污水泵。在降水和暴雨期间，或在被融化的冰淹没的河流的季节性春季洪水期间，大量雨水径流可进入下水道系统。渗透是指地下水通过有缺陷或破裂的管道进入下水道。在这两种情况下，下游公用设施和处理厂的流量可能高于预期，并可能出现液压过载。在超载期间，公用事业公司可能会要求连接到系统的居民不要使用洗碗机和洗衣机，甚至可能限制冲厕和淋浴，以减轻压力。此类问题在陈旧和老化的水基础设施中可能特别严重。

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